Учёные обнаружили ключевой механизм, лежащий в основе укрепления костей вследствие регулярного выполнения физических упражнений.
Выявление этого процесса означает, что его можно использовать для борьбы с нарастающей хрупкостью костей, вызванной остеопорозом. Давно известно, что физическая работа улучшает состояние костей, но до сих пор было неясно, как именно это происходит.
Научная группа из Университета Гонконга выявила специфический белок, действующий для кости как «фитнес-датчик». Активируясь, он способствует росту костной ткани и уменьшению жировых накоплений.
«Нам нужно понять, как кости укрепляются во время физической активности, прежде чем мы сможем воспроизвести все полезные эффекты физической нагрузки на молекулярном уровне», — говорит биомедик, научный сотрудник Университета Гонконга Сюй Аймин (Xu Aimin). «Это исследование является критически важным шагом на пути к достижению этой цели».
В данной работе учёные сосредоточились на мезенхимальных стволовых клетках костного мозга (МСК). В своей первоначальной форме они могут развиваться в двух направлениях: становиться формирующими кости клетками, которые называются остеобластами, или превращаться в жировые клетки, адипоциты.
Направление, которое выбирают эти стволовые клетки, определяется различными факторами, включая ростовые сигналы, гормоны, уровень воспаления и — что важно для данного исследования — физические усилия, требующиеся при спортивных упражнениях.
Из лабораторных исследований с клетками уже было известно, что механические усилия способствуют образованию костей и уменьшают разрастание жировой ткани, но учёные хотели выяснить причину этого явления. Для этого они изучали белок Piezo1, который, как показали предыдущие эксперименты, вырабатывает биологические сигналы в ответ на давление и другие силы, такие как механическое напряжение и стресс.
При удалении его из клеток мышей, животные демонстрировали уменьшение плотности костей и замедление образования костной ткани. Более того, количество адипоцитов в их костном мозге увеличилось. Дальнейшие тесты показали, что у мышей без Piezo1 больше не наблюдалось укрепление костей в ответ на физическую нагрузку.
Учёные определили и точные сигнальные пути, используемые Piezo1, показав, как отсутствие этого белка приводит к усилению общего воспаления и увеличению объёма жировой ткани.
Подпишитесь на нас, где вам удобнее: МАХ, Telegram или ОК
Важно отметить, что эти изменения обращаются вспять после активации Piezo1 или восстановления его работы. Возможно, в будущем учеными будут разработаны препараты, имитирующие действие этого белка, и это станет прорывом!
"Мы фактически расшифровали то, как организм конвертирует механические движения в упрочнение костей, выявив молекулярный фитнес-датчик, сам Piezo1 и управляемые им сигнальные механизмы", — говорит Эймин.
"Это дает нам четкую цель. Активируя механизм Piezo1, мы можем имитировать пользу физических упражнений, заставляя организм думать, что он физически работает, даже если какой-либо физической работы нет".
Исследование было опубликовано в журнале Signal Transduction and Targeted Therapy.
Кости с возрастом слабеют, становясь более хрупкими, а риск остеопороза возрастает. Для многих людей, включая пожилых или ослабленных болезнью, регулярная физическая нагрузка затруднительна или невозможна. Средство, способное имитировать некоторые биологические эффекты физических упражнений, защитит их от потери костной массы.
Полезно знать: Пять важных нутриентов, содержащихся только в мясе
Однако это лишь планы на будущее. Данный эксперимент проводился на мышах, а не на людях, и нацеливаться на такой объект, как Piezo1, нужно крайне осторожно, поскольку он выполняет в организме ещё множество функций и попытка манипулировать им может привести к серьёзному ущербу.
Тем не менее, это исследование и аналогичные работы значительно улучшают понимание того, как развивается остеопороз. «Они открывают перспективы, выходящие за рамки традиционной физиотерапии", — говорит механобиолог и старший автор исследования Эрик Онорэ (Eric Honore) из Института молекулярной и клеточной фармакологии во Франции.
"Возможно, в будущем мы сможем обеспечить биологическую пользу упражнений в плане профилактики ослабления костной массы и лечения остеопороза посредством введения специального препарата".
Перевод: Виктор Трибунский
Источник